ТРИОДНЫЙ СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ В РАЗРЯДЕ Российский патент 1995 года по МПК C23C8/36 

Изобретение относится к области химико-термической обработке металлов.

Это изобретение может найти широкое применение в машиностроении, автостроении и арматуростроении.

Известен диодный способ химико-термической обработки (Балад-Захряпин А. А. Кузнецов Г. Д. Химико-термическая обработка в тлеющем разряде. М. Атомиздат, 1975), предполагающий обработку самостоятельном тлеющем разряде.

Однако данный способ не обеспечивает эффективного гашения возникающих микродуг, что ведет к повреждению обрабатываемой поверхности.

Наиболее близким к предлагаемому является триодный способ катодно-плазменного азотирования при давлении в камере 0,13-13,3 Па, где в качестве третьего электрода используется, разогретая до температуры эффективной эмиссии электронов вольфрамовая нить (Патент 63783 Финляндия. Способ азотирования при низком давлении с использованием тлеющего разряда. Заявлено 30.09.81 г. N 813032 Опубл. 10.08.1983 г. МКИ С 23 С 11/16).

Данный способ понижает вероятность дугообразования вследствие низкого рабочего давления в камере, однако он также не решает задачи эффективного гашения образующихся микродуг.

Задачей настоящего изобретения является эффективное гашение периодически возникающих в разряде микродуг.

Решение задачи достигается триодным способом химико-термической обработки в разряде за счет понижения напряжения смещения между корпусом камеры и третьим горячим электродом до 20-60 В.

Процесс горения тлеющего разряда не является стабильным. В результате различных причин он может перейти в дуговой. Переход тлеющего разряда в дуговой начинается с образования микродуг, которые возникают, как правило, вследствие наличия в поверхностном слое различных включений существенно понижающих работу выхода электронов, что ведет к лавинообразному росту числа электронов покинувших поверхность, ее перегреву и разрушению.

На чертеже изображена схема установки для триодного способа химико-термической обработки в разряде в условиях низкого давления со смещением между корпусом камеры и третьим горячим электродом. Где: 1 обрабатываемая деталь, 2 камера, 3 горячий электрод, 4 низковольтный выпрямитель, 5 высоковольтный выпрямитель, 6 источник переменного тока.

Предлагаемый триодный способ химико-термической обработки в разряде в условиях низкого давления (0,13-13,3 Па) предполагает обработку в несамостоятельном тлеющем разряде между деталью 1 (см. фиг. 1) и корпусом камеры 2, где роль ионизатора выполняет разряд между корпусом камеры и третьим горячим электродом 3, обусловленный напряжением смещения. При давлении в камере 0,13-13,3 Па мы имеем дело с ионным прибором, где минимальное напряжение для горения разряда составляет 20 В. При переходе несамостоятельного тлеющего разряда в дуговой сопротивление разрядного промежутка падает со скоростью роста тока разряда, что приводит к уменьшению падения напряжения на разрядном промежутке между корпусом камеры и третьим горячим электродом. Естественно, что когда величина напряжения смещения становится меньше 20 В разряд гаснет. Гаснет разряд ионизатора и одновременно гаснет несамостоятельный тлеющий разряд между деталью и корпусом камеры. Таким образом величина напряжения смещения будет определять скорость гашения разряда при переходе последнего в дуговой. При напряжении смещения 60 В быстродействие гашения дуги составит 0,005 с, что уже достаточно для предотвращения поверхности обрабатываемого изделия (Котельников Д. И. Сюрпризы плазмы. Киев: "Техника". 1990 г. ). Естественно, что с понижением напряжения смещения быстродействия гашения микродуг возрастает.

В качестве регулирующего элемента напряжения смещения, при фиксированном напряжении источника постоянного тока 4, может быть переменное сопротивление R_x, включенное последовательно с балластным сопротивлением R_б (см. фиг. 1).

Ток протекающий между горячим электродом 3 и корпусом камеры 2 определяется из уравнения
I , (1) где R R_x + R_б;
U_б падение напряжения на R;
U_p падение напряжения на разрядном промежутке;
R_p сопротивление разрядного промежутка.

При U_p 20 В находим максимальное значение R при котором еще возможно горение разряда.

R_max. (2)
Значение R_б находим исходя из предельно допустимого тока разряда I_max.

R_б. (3)
Значение переменного сопротивления R_x находим из выражения:
R_x R_max R_б (4)
Напряжение низковольтного выпрямителя 4 равно
U_p + U_б U (5) Тогда формула (1) может быть записана в виде
. (6) Откуда находим
U_р. (7) Cледовательно при фиксированном напряжении низковольтного выпрямителя 4 (U const) величина напряжения смещения (U_p) между корпусом камеры и третьим горячим электродом будет определяться значением переменного сопротивления.

Использование предлагаемого триодного способа химико-термической обработки в разряде по сравнению с существующими позволяет:
1. повысить качество изделий подвергшихся химико-термической обработке за счет исключения повреждений поверхности микродугами;
2. повысить качество конденсируемых покрытий за счет реализации предварительного процесса катодного распыления поверхности без повреждений микродугами;
3. реализовать импульсный режим химико-термической обработки с регулируемой скважностью при подаче пульсирующего напряжения смещения между корпусом камеры и третьим горячим электродом.

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и может быть использовано в машиностроении, автостроении и арматуростроении. Сущность изобретения: в триодном способе химико-термической обработки в разряде процесс проводят в условиях низкого давления со смещением между корпусом камеры и третьим горячим электродом, равным 20-60 В. 1 ил.

ТРИОДНЫЙ СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ В РАЗРЯДЕ, включающий проведение процесса в условиях низкого давления со смещением между корпусом камеры и третьим горячим электродом, отличающийся тем, что напряжение смещения понижают до 20 60 В.